汽車覆蓋件模具型面凹圓角避空方法分析與對比

最新 07-10

隨著汽車覆蓋件模具開發周期的縮短，如何提高模具零件的數控加工效率，減少研配時間成為控制模具製造周期的關鍵環節。若採用相同的數據對凸、凹模編程加工，加工的凸、凹模配合間隙不合理，給下階段的鉗工研配凸、凹模帶來難度。汽車覆蓋件模具的型面精細化設計理念逐漸在行業內得到研究和重視，同時編程軟體的發展也提出了一系列型面加工處理的解決方案，如將高強度低效率的凸、凹模型面研配工作由數控加工來實現。

圖1 凸、凹模型面凹圓角避空示意圖

在汽車覆蓋件成形過中，一些比較複雜形狀成形是靠凸模（凸R）成形，凹模（凹R）不起成形作用。然而由於凸、凹模間隙過小，合模時易造成凸、凹模貼合過緊，影響金屬流動，造成零件成形困難。鉗工研配過程中需將凸、凹模上凹圓角打磨避空，此過程的工作量非常大。以下介紹凸、凹模型面凹圓角處的設計方法和編程軟體的加工處理，對凹圓角進行避讓，實現凸、凹模凹圓角處的合理間隙。

凸、凹模型面凹圓角建模設計

避空方式分析凸、凹模型面凹圓角建模設計原理是在設計凸、凹模數字模型時採取對凹圓角偏置或減小避空的措施，再由NC程序加工凸、凹模零件，實現凸、凹模型面凹圓角的避空。

加工數字模型的做法主要有偏置圓角和重新倒圓角2種方法。

偏置圓角方法

圖2 偏置圓角避空示意圖

凸、凹模型面偏置圓角面是將凸、凹模型面凹圓角面做偏置，實現讓位避空，如圖2所示。

此方法操作簡單，避空效果明顯，其理論避空量為R的偏置距離。這種做法在通用軟體，如NX，CATIA中可通過分離和偏置2個步驟實現，編程時只需要選擇分離出來的非凹圓角面和偏置後圓角面，在加工時，原始圓角面與偏置圓角面通過刀具半徑連接，但不能保證十分光順地連接，因此對於外板件的重要圓角要慎用。

偏置圓角面處於原始圓角面下方，在加工時不能對此面單獨加工，否則會發生過切，銑傷凸圓角或者原始圓角面。

重新倒圓角方法

重新倒圓角的原理

圖3 凹圓角減小避讓示意圖

重新倒圓角首先要找到凹圓角的2個倒角原始面，重新倒小圓角，凹圓角減小避讓示意圖如圖3所示。

倒小圓角避空安全可靠，重新倒得的小圓角面與倒角原始面相切，適用於重要部位凹圓角處理。對於倒角原始面都存在的情況下，在NX平台可使用同步建模中「改變圓角大小」命令來實現。對於特徵面丟失或倒在凸圓角上的凹圓角，則必須做出輔助面來重新倒小圓角。

式中：α的取值範圍是0α≤45°，當α=45°時，Δh、Δl值最大，Δh體現的是讓空效果，Δl體現的是對數控加工的影響。

表1所示為圓角減小量(R-r)及倒角原始面（2α）夾角變化對避空間隙和弧長的影響。

由表1可以看出，當R-r=2mm時，讓空的最大增量是0.828mm，弧長的最大增量是0.858mm。

（1）對於R=7mm以上的情況，R-r=2mm，對數控加工的影響小，避空的距離基本在0.1mm以上，讓開效果較明顯。

（2）對於5mm

（3）對於3mm

重新倒圓角的軟體實現

重新倒圓角的做法實現原理簡單，在日本模具企業中應用廣泛，但是在通用軟體中實現比較困難，使用NX6.0之前的版本以及CATIA重新倒圓角的工作量和勞動強度非常大。針對各大模具企業的需要，NX8.0對圓角減小命令進行了優化，Think-Design和Dynavista軟體也開發了相應功能來處理這一問題。

NX8.0實現圓角減小的命令，其命令功能簡介如表2所示。

NX8.0提供的命令對於一般圓角面和特殊圓角面提供了2種解決方案，調整圓角大小屬於同步建模命令，修改圓角大小實際上就是重新倒圓角，但是局限於很少一部分倒圓角後，倒角原始面未丟失的凹圓角，這種情況在模具型面加工上很少遇到；「按函數整體變形」是一種自由曲面編輯的命令，圓角減小一定的比例，適用於大多數圓角面的半徑減小，計算速度較慢，但修改後的圓角成為樣條曲面。

ThinkDesign的GSM功能圓角減小命令。

ThinkDesign的GSM減小圓角命令通過改變曲率來修改所選圓角曲面的圓角大小，同時保持邊界的連續性。GSM運用限制約束條件保留指定的連續性圓角邊界。GSM命令以一定的連續約束條件（通常是相切連續）自動地創建指定減小比例的圓角減小曲面，如圖4和圖5所示，GSM圓角減小命令輸入的比例實際K為弧弧距與弧尖距的比值（圖4中S2與S1的比值），可以看到，K在0~1之間變化，K取值越大，凹圓角避空效果越明顯，同時清角工作量也會相應加大。